Höfundur: Gyða Björk Björnsdóttir
Ritstjóri: Ester Ýr Jónsdóttir

Til baka

Markhópur: 5.-10. bekkur grunnskóla.

Lykilorð: Vísindi, vísindaleg aðferð, SI einingakerfi.

Lengd: 4-5 kennslustundir.

Verklegt/vettvangsferð: Já.

Efnisyfirlit

Markmið
Hæfniviðmið og tengsl við námskrá
Lykilhugtök
Efni

Lesefni og kveikjur
Tenglar og myndbönd
Vinna nemenda
Álitamál, áskoranir og tækifæri

Námsmat

Markmið

Vísindavaka er mjög góð leið til að vekja áhuga og auka námsgleði. Nemendur eru virkir þátttakendur, taka ákvarðanir og bera ábyrgð á eigin verkefni. Verkefnið býður upp á skapandi og lýðræðislegt starf sem er samþætt með áherslu á vinnubrögð og færni í vísindalegri aðferð. Vinnuferlið felur í sér samvinnu, upplýsingaöflun, skipulagningu, framkvæmd, úrvinnslu og framsetningu gagna og kynningu. Ætlast er til að nemendur tengi eigin athuganir og viðfangsefni við daglegt líf og hafi í huga t.d. tækniþróun, nýsköpun, kostnað og umhverfisáhrif.

Vísindavakning hefur verið hérlendis síðustu ár (þegar þetta er skrifað árið 2016), samanber vísindavefinn, háskólalestina og sprengjugengið, vísindasmiðjuna, bækur og sjónvarpsþætti. Þetta hefur skilað sér inn í skólana með auknum áhuga á vísindum og jákvæðari viðhorfum nemenda. Nauðsynlegt er að efla og viðhalda forvitninni með því að kanna, hanna og framkvæma. Í vísindavökunni er nemandinn í aðalhlutverki þar sem flestir grunnþættir menntunar koma við sögu.

Hæfniviðmið og tengsl við námskrá

Samkvæmt aðalnámskrá grunnskóla 2013 er mikilvægt að stuðla að jákvæðum viðhorfum og auka áhuga nemenda. Námið á að einkennast af lýðræðislegum vinnubrögðum þar sem nemendur fá tækifæri til að kanna, hanna og framkvæma um leið og þeir efla sinn þekkingargrunn. Lögð er áhersla á að verkleg færni, frumkvæði og ábyrgð aukist með virkri þátttöku nemenda.

Meginmarkmið verkefnisins eru að nemendur geti:

• kannað áreiðanleika heimilda með því að nota hand- og fræðibækur, Netið og aðrar upplýsingaveitur,
• aflað sér upplýsinga um náttúruvísindi úr heimildum á íslensku og erlendum málum,
• framkvæmt og útskýrt sérhannaðar eða eigin athuganir úti og inni,
• beitt vísindalegum vinnubrögðum, s.s. tilraunum og athugunum á gagnrýninn hátt, við öflun upplýsinga innan náttúruvísinda,
• gefið skýringar á og rökrætt valið efni úr athugunum og heimildum,
• dregið ályktanir af gögnum og gefið ólíkar skýringar með því að nota ólík sjónarhorn,
• skipulagt, framkvæmt og gert grein fyrir athugunum á námsþáttum að eigin vali er varða búsetu manna á jörðinni,
• tekið eftir og rætt atriði í umhverfi sínu, gert grein fyrir áhrifum þeirra á lífsgæði og náttúru, sýnt umhverfinu umhyggju og rökrætt eigin skoðun á því,
• skoðað og skráð atburði eða fyrirbæri sem snerta samspil manns og umhverfis, í framhaldi tekið virkan þátt í gagnrýnni umfjöllun um málið og gert tillögur um aðgerðir til úrbóta.

Lykilhugtök

• Vísindi, einn af grundvallarþáttum nútímasamfélags. Þau eru því miklu meira heldur en safn skoðana á veruleikanum eða aðferða til að gera uppgötvanir. Orðræða vísindanna blandast inn í allar tilraunir til að skýra, meta eða skipuleggja mannlegt líf og samneyti. Sjá nánar í svari Finns Dellsén og Jóns Ólafssonar við spurningunni Hvað eru vísindi? á Vísindavefnum (2016).
  Saga vísindanna sýnir okkur að vísindin sanna ekki neitt fyrir fullt og allt heldur snúast þau vísindi um að setja fram niðurstöður sem eru hrekjanlegar. Og það er til marks um ágæti þeirra, því þá grundvalla menn vísindin á bestu þekkingu sem er til á hverjum tíma. Sjá nánar í svari Jóns Gunnars Þorsteinssonar við spurningunni Hvað eru vísindi? á Vísindavefnum (2011).
• Vísindaleg aðferð er röð aðgerða sem fela í sér að öðlast og meta upplýsingar um tiltekið fyrirbæri með kerfisbundnum hætti. Felur í sér að skilgreina viðfangsefnið, setja fram prófanlega tilgátu, velja aðferðina sem notuð verður til þess að prófa tilgátuna, safna gögnum og síðan draga viðeigandi ályktanir út frá gögnunum.
  • Ráðgáta, tilgáta – rannsóknarspurning, breyta, tilraun, samanburðartilraun, framkvæmd, niðurstöður
  • Kenningingar og lögmál
    og meiri fróðleik um vísindalega aðferðafræði er hægt að finna m.a. á Vísindavef Háskóla Íslands.
• SI einingakerfð þar sem SI stendur fyrir Système International d’Unités, þ.e. hið alþjóðlega kerfi ein­inga. Stafirnir SI eru notaðir á öllum tungumálum til auðkenningar á kerfinu. SI‑kerfið er einingakerfi sem sett var fram og tekið upp af æðstu alþjóðastofnun um mál og vog þ.e. General Conference on Weight and Measures (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM). Það er byggt á metrakerfinu gamla og er hannað með það fyrir augum að nýtast við allar aðstæður – almennar, tæknilegar eða vísindalegar. SI‑kerfið er þannig uppbyggt að aðeins er notuð ein eining fyrir hverja tegund stærðar. Þetta fækkar stærðareiningum og gerir kerfið auðlærðara og auðveldara í notkun. Uppbygging kerfisins gerir líka alla útreikninga einfaldari. Kostir SI‑kerfisins koma best í ljós ef stuðst er við reglur þess eingöngu og þær ávallt notaðar. Hægt er að lesa nánar um SI-einingakerfið á síðu Staðlaráðs Íslands.

Efni

Lesefni og kveikjur

Hér er að finna yfirlit yfir nokkrar merkilegar rannsóknir sem unglingar hafa gert og gott er að nota sem kveikju. Hvað hafa nemendur að segja um nýju fötin keisarans?

Vísindi og vísindaleg aðferð, samantekt frá Ólafi Halldórssyni í Verslunarskólanum.

„Það er öllu nútímafólki nauðsyn að hafa einhverja hugmynd um viðfangsefni hinna ýmsu vísindagreina. Að öðrum kosti verðum við utanveltu og óhæf um að skilja eða leggja mat á algeng fyrirbæri í umhverfi okkar eða til dæmis umfjöllun fjölmiðla um ýmis málefni. Það er ekki nauðsynlegt að ná fullum tökum á eða skilja til hlítar aðferðafræði og inntak vísindagreina til að öðlast viðunandi þekkingu á meginatriðum, enda væri slíkt ekki vinnandi vegur. Í stuttu máli má segja að ein af forsendum þess að við getum verið virkir og ábyrgir einstaklingar sé að við höfum yfir að ráða þeirri lágmarksþekkingu sem þarf til að vera dómbær á vísindalega starfsemi sem hefur víðtæk áhrif á líf okkar, en til þess þurfum við að þekkja frumdrættina í heimsmynd nútímans.

Hvað eru vísindi? þessari spurningu má svara á ýmsan veg, en til dæmis má segja að vísindin séu eitt þeirra aðferðakerfa sem við notum til að auka þekkingu okkar á umheiminum. Meginhlutverk vísindalegrar starfsemi er að setja fram kenningar um ýmis fyrirbæri, byggðar á athugunum og niðurstöðum tilrauna. Slíkum kenningum er meðal annars ætlað að skipa hinu flókna og fjölbreytilega í tiltölulega fá allsherjarlögmál, sem auðvelda okkur skilning og gera jafnframt kleift að segja fyrir um ýmsa atburði og afleiðingar (til dæmis eldgos, veðurfar).

Vísindaleg aðferð. Oft er rannsóknaraðferðum vísindamanna lýst þannig:

Viðfangsefnið þarf að vera rannsakanlegt og þess eðlis að hægt sé að endurtaka rannsóknina. Dæmi um þetta er uppgötvun penisillínsins. Skoski bakteríufræðingurinn Alexander Flemming (1881-1955) hafði einhverju sinni skilið eftir bakteríurækt (staphylococcusa, sem meðal annars valda graftarígerð) óhjúpaða í nokkra daga. Þegar hann ætlaði að fleygja ræktinni veitti hann því athygli að bakteríurnar höfðu ekki vaxið á nokkrum hringlaga svæðum í ræktinni. Vafalaust höfðu menn oft áður haft sama fyrirbærð fyrir augum en ekki gert sér grein fyrir að þarna væri um neitt markvert að ræða, þ.e. rannsóknarefni. Flemming athugaði fyrirbærið og komst að því að sekksveppurinn Penicillium notatum hafði komist í bakteríuræktina á nokkrum stöðum og hindrað vöxt nálægra baktería. Orsökin reyndist vera efni (penicillin) sem sveppurinn gaf frá sér og hafði banvæn áhrif á bakteríurnar. Þegar rannsóknarefnið hefur verið afmarkað, er næsta stigið að setja fram:

Tilgátu, en það er rökstudd ágiskun um eðli fyrirbærisins. Tilgátan þarf að vera þess eðlis að hægt sé að setja upp skýrar og afgerandi tilraunir á grundvelli hennar.

Tilraunir eru einn erfiðasti áfangi vísindalegrar aðferðar. Völ er á ýmsum tilraunauppsetningum og verður að meta hvað best hentar í hverju tilviki. Dæmi um algenga tilraunauppsetningu í líffræði er samanburðartilraun, en hún getur t.d. falist í því að kanna áhrif einhverrar meðferðar á hóp lífvera sömu tegundar og bera hann síðan saman við sambærilegan hóp sem ekki fékk sömu meðferð. Dæmi um samanburðartilraun gæti verið prófun lyfs á mönnum, þar sem bornir væru saman tveir sambærilegir hópar manna. Öðrum hópnum væri gefið inn lyfið, en hinum þóknunarlyf (til dæmis töflur sem ekki hafa að geyma virka efnið en líta út eins og töflurnar sem hinn hópurinn fær). Ekki er alltaf hægt að setja fram fullnægjandi tilraunauppsetningu, og jafnvel er útilokað að beita beinum tilraunum við athuganir á ýmsum fyrirbærum. Nefna má sem dæmi athuganir á efnasamsetningu og hitastigi fjarlægra stjarna eða hugmyndir um uppruna alheimsins. Síðasta stig vísindalegrar aðferðar er stundun [nefnd]:

Kenning, en það er eins konar ályktun byggð á tilraunaniðurstöðum. Kenningar verða að hafa forsagnargildi (þær gilda um fleiri atriði en þau sem rannsökuð voru), og stundum eru lögmál útskýrð með kenningum (til dæmis er gaslögmálið útskýrt með sameindakenningunni).

Hugtakið kenning merkir skoðun eða rökstudd fullyrðing. Almennt er ekki talið að hægt sé að sanna nokkurn hlut endanlega, enda eru vísindalegar kenningar ævinlega til endurskoðunar.

Sumir líkja fyrrgreindri forskrift að vísindalegri aðferð við mýtu eða goðsögn, enda ber fyrst og fremst að líta á hana sem fyrirmynd í vinnubrögðum sem menn eigi að nálgast eftir því sem kostur er á. Vísindastarfsemi er margbreytileg, og aðferðafræði hinna ýmsu vísindagreina margháttuð og í samræmi við það sem hentar hverju sinni.

“Ekki er til villuheld, þrepuð vísindaleg aðferð. Það ferð eftir skapferli, kringumstæðum og þjálfun, hvernig vísindamenn nálgast viðfangsefnið. Það mun vera sjaldgæft að tveir vísindamenn nálgist sama viðfangsefni á sama hátt. Vísindaleg nálgun felast í því að sveigja hugann til hins ítrasta að því að öðlast skilning á gangvirki náttúrunnar. Við getum sett fram árangur af vísindalegum rannsóknum, en það merkir þó ekki að vísindalegar framfarir séu hnökralausar, öruggar og fyrirsjáanlegar.” Brown & LeMay

Tenglar og myndbönd

Vísindabækur af öllum stærðum og gerðum, t.d. Stóra vísindabókin, Vísindabækur Villa og bækur eftir Ævar vísindamann.

Tenglar sem hægt er að kynna sér:

• Ævar vísindamaður
• Jóladagatal vísindanna
• Eðlisfræðitilraunir
• Blóðbankinn
• Hátæknivefurinn
• Sick science
• Sciencebuddies.org
• All science fair projects
• Sciencehack.com
• The science guy Billie Nye
• Auðveldar tilraunir fyrir byrjendur 🙂
• Ýmis rannsóknarverkefni

Vinna nemenda

1. Kynning á verkefninu. Sýnd myndbönd sem kveikjur, vísindaleg aðferð rifjuð upp og hugtök kynnt. Mögulega unnið eftir KVL aðferð, krossglímu eða með hugtakakort sem allt eru góðar aðferðir til að vinna með hugtök, upprifjanir og tengingar. Fleiri góðar aðferðir er að finna á vef Guðmundar Engilbertssonar, Orð af orði. Upplagt að nefna þekkta vísindamenn, erlenda sem innlenda og ræða um einhverjar tilraunir eða uppfinningar sem hafa markað tímamót í sögunni. (ein kennslustund)
2. Næst er farið á flug. Nemendur þurfa að hafa aðgang að efni til að skoða bæði bækur og vef. Þar sem vísindabækur hafa verið vinsælar síðustu misseri (þegar þetta er skrifað) er upplagt að fá nemendur til að taka þær með sér í skólann. Hér er möguleiki fyrir kennara að gefa tóninn fyrir ákveðnar áherslur t.d. að rannsóknin eigi að vera utandyra, tengist tækniþróun, varði umhverfismál, áhersla á heimilið o.s.frv. Um að gera að gefa þessu ferli góðan tíma og leyfa nemendum að vera frjáls í spjalli og mynda tveggja til þriggja manna hópa sem koma sér svo saman um ákveðið verkefni. Við ákvarðanatöku þarf að hafa í huga að nemendur verða að gera áætlun sem borin er upp við kennara og rökrætt valið efni út frá heimildum, kostnaði, áhættu og fleiri þáttum. (ein kennslustund)
3. Þá er komið að skipulagningu. Miðað er við að nemendur verði að útvega það sem til þarf í rannsóknina. Best er ef þeir setja sjálfir upp tímaramma, verkaskiptingu, rannsóknarspurningu og framkvæmdaáætlun. Á þessum tímapunkti er líka nauðsynlegt að ákveða hvernig á að skila verkefninu af sér; sýnitilraun, skýrsla, glærukynning, myndband. Hér þarf kennari að vera vel vakandi og aðstoða nemendur ef þeir lenda á vegg.
4. Framkvæmdartími getur verið mjög breytilegur eftir verkefnum, bæði tími og staður. Sumir nemendur kjósa að framkvæma utan skólatíma en hér er miðað við tvær kennslustundir í skóla.
5. Úrvinnsla er líka mjög breytileg eftir nemendum og verkefnum. Áhersla verður að vera á skipulagðar og vel fram settar niðurstöður sem nemendur geta útskýrt og túlkað.
6. Lokaskrefið er kynning sem fer fram fyrir samnemendur. Hægt er að útfæra þetta þannig að forsýning fari fram heima áður en flutt er fyrir bekkinn. Ef allt fer að óskum er þetta fjölbreytt og skemmtileg kynning. Nemendahópurinn er þá forvitinn og þegar hóparnir kynna afraksturinn gefst tækifæri til útskýringa og umræðna.

Álitamál, áskoranir og tækifæri

Í aðalnámskrá grunnskóla 2013 kemur m.a. fram að skólaþróun miðar að því að auka þátttöku nemenda og ný námskrá leggur áherslu á að búa einstaklinginn undir líf í flóknu samfélagi þar sem menntunin felst meðal annars í því að efla sjálfsskilning og hæfni til að takast á við áskoranir og verkefni daglegs lífs.

Meginmarkmið vísindavökunnar er að kveikja áhuga, viðhalda forvitninni, þjálfa vísindaleg vinnubrögð og opna augu nemenda fyrir hagnýtu gildi rannsókna.

Áskoranir væru fólgnar í því að skoða ýmsa fleti vísindarannsókna og velta fyrir sér heimspekilegum spurningum eins og af hverju er mannkynið svona forvitið…? eða

• tækniþróun með tilliti til framtíðar Jarðar (tilraunasprengingar með kjarnorku)
• efnaframleiðslu og tilraunadýr (lyfja og snyrtivöru)
• nýsköpun og tækniþróun

Námsmat

Strax í fyrsta tíma fá nemendur í hendur matslista (fylgiskjal 1) sem lagður er til grundvallar í námsmatinu. Matið er leiðbeinandi og hér verður ekki sett fram tillaga að lokamati. Gott er að renna yfir helstu atriðin á blaðinu og hvetja nemendur til að kíkja á það í vinnuferlinu. Notaðir eru bókstafir A, B og C og hægt að fylla inn athugasemdir ef nemendur ná ekki C viðmiði. Lagt er mat á vinnuferlið í heild, samvinnu og þátttöku, kynninguna, fræðilega umfjöllun, rannsóknarspurningu, framkvæmd og framsetningu niðurstaðna, val á heimildum og skráning og virkni í kynningum samnemenda. Matsblað fylgir hér með og hver og einn kennari getur aðlagað það að sýnu leiðsagnarmati. Ef kennari og nemandi eru mjög ósamstíga í námsmatinu þá kallar það á samtal þeirra á milli.

 

 

Til kennara: Allar ábendingar eru vel þegnar og ef þú betrumbætir þetta námsefni þætti okkur gott að fá nýja útgáfu til birtingar.

esteryj@hi.is eða svavap@hi.is